SUR LES EXPÉRIENCES DU GYROSCOPE

(Sans date.)

Le gyroscope (PI. 11 et 12), considéré dans son ensemble, se compose:

1* D'un rouage moteur (fig. 2 et 3, pi. 11) ;

2** D'un mobile tournant ou gyroscope proprement dit;

3* D'un pied ou support pour recevoir le mobile en action (fig. 1);

ft*» D'un microscope à pied articulé.

Les expériences à faire sur le mouvement de la terre sont au nombre de trois: la déviation, l'orientation et l'inclinaison.

L'expérience de la déviation est analogue à celle du pendule; elle montre le mouvement de la terre par le contraste de la fixité de direction de l'axe de rotation avec la mobilité angulaire des objets terrestres. Pour faire l'expérience de la déviation, il faut commencer par équilibrer le gyroscope a en l'observant à l'état de repos, à la place qu'il doit occuper sur le support. La pièce du support destinée à recevoir le gyroscope est un cercle de bronze d d! suspendu à un fil de soie et guidé par des tourillons et un pivot.

Le cercle est ainsi rendu mobile autour d'un de ses diamètres que l'on place dans la direction verticale au moyen de vis calantes y \f , et d'un niveau à bulle d'air posé sur la plate-forme où le constructeur a gravé son nom. Ce cercle présente encore à signaler deux échancrures c é placées

suivant un diamètre horizontal et au niveau de ces échancrures, deux fourchettes ff, destinées à recevoir et à guider les couteaux du gyroscope. Ces fourchettes, que Ton lève ou abaisse à volonté en agissant sur les chevilles saillantes h h! dont sont armés leurs prolongements inférieurs, laissent déposer le gyroscope exactement à la place qu'il doit occuper.

Quatre masses courantes u u'vv\ montées sur le cercle qui supporte Taxe du tore, servent alors à amener le gyroscope à l'état d'équilibre indifférent, ou du moins à lui laisser très-peu de stabilité sur le tranchant des couteaux.

Pour que le mobile soit également libre autour de la verticale, on le soulève au moyen du fil dont on annule la torsion en agissant sur le bouton de suspension m ou sur l'écrou par lequel il prend appui sur le tube évidé n.

Le gyroscope ayant ainsi acquis toute liberté de se mouvoir autour de son centre de gravité, on lui imprime la rotation qui doit fixer sa position dans l'espace. On l'enlève donc pour le mettre en relation avec le rouage moteur (fig. 2 et 3, pi. 1 1). Une fois mis en place, on ferme les verrous s sY s"' qui Tem pèchent de s'échapper, et l'on agit sur la manivelle œ jusqu'au point de lui communiquer une vitesse d'environ un tour par seconde. Pendant que le rouage continue de tourner par la vitesse acquise, on ouvre les verrous, on enlève le gyroscope et on le remet en place au moyen des fourchettes qui servent de poseurs.

Si l'appareil a été bien équilibré et si l'axe de rotation a été abandonné en position horizontale, la déviation se produit aussitôt. Pour l'observer, l'on peut employer deux moyens différents, l'aiguille et le microscope. L'aiguille, longue de 30 à &0 centimètres, se place à frottement sur le prolongement du pivot inférieur de l'axe vertical, son extrémité est repérée sur l'une des divisions de l'arc de cercle en carton que l'on met à la main en position convenable, et peu à peu Ton voit cette aiguille dévier vers la gauche de l'observateur placé en dehors de l'arc et tourné vers l'instrument.

Le microscope, qui grandit les distances, rend le mouvement aussitôt visible; on le dirige sur de fines divisions, représentant les dixièmes de degrés, tracées sur une saillie k à l'extérieur du cercle vertical, et si l'on a

égard à la direction de la lumière et à la disposition d*un miroir éclairant dont le microscope est pourvu en arrière des lentilles, on peut disposer les choses de manière à rendre les divisions et le mouvement relatif parfaitement visibles. Seulement, comme le microscope renverse les images, ce mouvement apparent est interverti.

On n'est bien sûr d'avoir observé la vraie déviation qu'après l'avoir vue se produire dans le même sens malgré le renversement du mouvement de rotation imprimé au gyroscope.

L'inclinaison et l'orientation diffèrent essentiellement de l'expérience précédente et sont fondées sur le principe de la concordance des rotations dont il convient de donner d'abord une démonstration expérimentale.

On met en place une tablette tournante qui se monte sur l'une des boites de l'instrument; sur cette tablette, on pose un support en acajou qui, au sommet de chaque montant, porte une plaque d'acier entaillée; puis, ayant imprimé un mouvement de rotation peu rapide au gyroscope, on engage les tourillons du cercle dans les entailles des deux plaques d'acier. Ainsi placé, le gyroscope, préalablement équilibré, garde indifféremment toute position possible autour des tourillons. Mais si l'on fait tourner la tablette dans un sens ou dans Tautre, aussitôt le gyroscope s'incline, et, après quelques oscillations, l'axe de rotation se fixe dans la verticale, c'est-à-dire dans une direction parallèle à celle de l'axe de rotation du support; de plus, on constate que les deux rotations, celle du tore et celle imprimée à la tablette, deviennent concordantes. Pour confirmation, on fait tourner la tablette en sens inverse, ce qui oblige le gyroscope à culbuter, de manière que l'axe se retourne bout pour bout.

Appliquant ce principe au mouvement de la terre, on met en évidence les phénomènes de l'inclinaison et de l'orientation.

Pour l'étude de l'inclinaison, le gyroscope a peut aussi prendre place sur le support dfif' en reposant par le tranchant des couteaux;/ sur les surfaces d'acier poli i disposées à cet effet. Les couteaux étant dirigés de l'est à l'ouest, l'axe du corps est libre de se mouvoir dans le plan du méridien. Au moyen des masses courantes, on l'amène avec soin dans un état d'équilibre indifférent ; maintenant, au moyen du rouage, on le fait tourner

rapidement d'occident en orient, suivant le sens de la composante du mouvement de la terre projetée sur le premier vertical; le mobile étant remis en place, s'inclinera de manière à simuler la position de la terre dans Fespace et à se mettre en concordance avec elle pour la position de Taxe et pour le sens de la rotation. Si le gyroscope tourne en sens contraire, Tinclinaison commence également en sens opposé ; mais elle est bientôt limitée par la construction des couteaux, qui ne permet pas à l'évolution de s'accomplir entièrement.

L'expérience de l'orientation consiste à suspendre l'axe du corps tournant comme l'aiguille d'une boussole de déclinaison, et montrer que dans ces conditions il tend à se placer dans le plan du méridien.

On prend le gyroscope, on engage les collets de Tanneau dans les échancrures ff du cercle vertical de support. Dans cette situation, l'axe du tore au repos est indiiTérent à toute position qu'on lui donne dans le plan horizontal dont il ne saurait sortir; l'instrument étant calé, le fil sans torsion et le pivot inférieur soulagé du poids du mobile et des anneaux, l'appareil jouit d'une extrême mobilité. On imprime alors au tore une vitesse, on le remet en place, et on l'abandonne à l'action de la terre. Bientôt l'influence directrice devient manifeste, et l'on voit le gyroscope osciller de part et d'autre du plan du méridien. De plus, on constate qu'en passant par sa position d'équilibre, le mobile tourne en concordance avec la composante efficace du mouvement de la terre.

Cette théorie delà concordance des rotations conduit à une conséquence qui se vérifie par une expérience curieuse.

On arme d'un crochet le prolongement de l'axe du gyroscope a> et lui

ayant comnuiniqué une grande vitesse, on pose l'extrémité du crochet dans

une capsule d'acier qui forme le sommet d'un support, puis Taxe étant

tant soit peu relevé au-dessus de la direction horizontale, on le lAche , en

obéissant doucement au mouvement de précession qui tend à se produire,

bien différent de ce qu'il serait au repos, le gyroscope, abandonné ainsi

dans une position qui place sa masse entière en dehors du point d'appui,

se soutient en surplomb et circule lentement autour du support. A mesure

que la rotation diminue de vitesse, cette translation devient plus rapide

et finirait par compromettre la stabilité du système si l'on ne se hâtait de mettre fin à rexpérlence.

Ces diverses expériences ne réussissent qu'autant que le mobile tourne exactement autour d'un axe principal; on arrive à remplir cette condition en distribuant convenablement les masses des vis plongeantes qui pénètrent dans Fépaisseur du tore. L'appareil est à cet égard livré tout réglé, et il est expressément recommandé aux expérimentateurs de ne point troubler un état d'équilibre qu'ils auraient peine à reproduire.